АНАЛИЗ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЕНОВ НЕЙРОНАЛЬНОГО АПОПТОЗА В АССОЦИАТИВНОЙ ГЕННОЙ СЕТИ БОЛЕЗНИ ПАРКИНСОНА


https://doi.org/10.18699/VJ18.343

Полный текст:


Аннотация

В мире болезнью Паркинсона (БП) страдают 7–10 млн человек, в России – около 210 тыс. человек. Эта болезнь сопровождается дегенерацией дофаминергических нейронов, в связи с чем нейрональный апоптоз рассматривается как важнейший фактор данного заболевания. Одним из ключевых подходов в системной биологии служит анализ генных сетей. Ранее нами была разработана система ANDSystem, предназначенная для автоматического извлечения знаний из научных публикаций и реконструкции на этой основе ассоциативных генных сетей, описывающих молекулярно-генетические механизмы биологических процессов в норме и при патологии. Целью работы было применение системы ANDSystem для приоритизации генов нейронального апоптоза, характеризующей их вовлеченность в патологические механизмы, с учетом структуры ассоциативной генной сети БП. Анализ центральности генов нейронального апоптоза, ассоциированных с БП, по данным ANDSystem, в ассоциативной генной сети БП показал, что среднее значение их центральностей по степени, близости и посредничеству статистически значимо превышает таковое, рассчитанное по всем вершинам сети БП. Среди генов, обладающих наибольшими показателями центральности, оказались APOE, CASP3 и GAPDH, играющие важную роль в нейрональном апоптозе. Приоритизация генов нейронального апоптоза, для которых в системе ANDSystem не было данных об их ассоциации с БП, проводилась с использованием стандартных методов (Endeavor и ToppGene), а также критериев центральности и специфичности их взаимодействий с ас­социативной генной сетью БП. Показано, что среди генов, обладающих наивысшим приоритетом (рассматривались 50, 70, 100 наиболее приоритетных), преимущественно представлены гены, вовлеченные в положительную и отрицательную регуляцию нейронального апоптоза, сигнальные пути MAPK и Eph-рецепторов и др., в частности TP53, JUN, BCL2, PIK3CA и APP.


Об авторах

М. А. Янкина
Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук
Россия

Уфа



О. В. Сайк
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



П. С. Деменков
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



Э. К. Хуснутдинова
Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра Российской академии наук; Башкирский государственный университет
Россия


Е. И. Рогаев
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Медицинская школа Массачусетского университета в Вустере; Институт общей генетики Российской академии наук; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова
Соединённые Штаты Америки


И. Н. Лаврик
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук; Магдебургский университет им. Отто фон Герике
Германия
Новосибирск, Магдебург


В. А. Иванисенко
Федеральный исследовательский центр Институт цитологии и генетики Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Новосибирск



Список литературы

1. Anglade P., Vyas S., Javoy-Agid F., Herrero M.T., Michel P.P., Marquez J., Mouatt-Prigent A., Ruberg M., Hirsch E.C., Agid Y. Apoptosis and autophagy in nigral neurons of patients with Parkinson’s disease. Histol. Histopathol. 1997;12(1):25-32.

2. Ashburner M., Ball C.A., Blake J.A., Botstein D., Butler H., Cherry J.M., Davis A.P., Dolinski K., Dwight S.S., Eppig J.T., Harris M.A., Hill D.P., Issel-Tarver L., Kasarskis A., Lewis S., Matese J.C., Richardson J.E., Ringwald M., Rubin G.M., Sherlock G. Gene ontology: tool for the unification of biology. The Gene Ontology Consortium. Nat. Genet. 2000;25(1):25-29.

3. Boka G., Anglade P., Wallach D., Javoy-Agid F., Agid Y., Hirsch E.C. lmmunocytochemical analysis of tumor necrosis factor and its receptors in Parkinson’s disease. Neurocci. Lett. 1994;172:151-154.

4. Bragina E.Y., Tiys E.S., Freidin M.B., Koneva L.A., Demenkov P.S., Ivanisenko V.A., Kolchanov N.A., Puzyrev V.P. Insights into pathophysiology of dystropy through the analysis of gene networks: an example of bronchial asthma and tuberculosis. Immunogenetics. 2014;66(7-8):457-465. DOI 10.1007/s00251-014-0786-1.

5. Bragina E.Y., Tiys E.S., Rudko A.A., Ivanisenko V.A., Freidin M.B. Novel tuberculosis susceptibility candidate genes revealed by the reconstruction and analysis of associative networks. Infect. Genet. Evol. 2016;46:118-123. DOI 10.1016/j.meegid.2016.10.030.

6. Chen J., Xu H., Aronow B.J., Jegga A.G. Improved human disease candidate gene prioritization using mouse phenotype. BMC Bioinformatics. 2007;8:392. DOI 10.1186/1471-2105-8-392.

7. Chen R.W., Saunders P.A., Wei H., Li Z., Seth P., Chuang D.M. Involvement of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) and p53 in neuronal apoptosis: evidence that GAPDH is upregulated by p53. J. Neurosci. 1999;19(21):9654-9662.

8. Cheng W.L., Wang P.X., Wang T., Zhang Y., Du C., Li H., Ji Y. Regulator of G-protein signalling 5 protects against atherosclerosis in apolipoprotein E-deficient mice. Br. J. Pharmacol. 2015;172(23):5676-5689. DOI 10.1111/bph.12991.

9. Dauer W., Przedborski S. Parkinson’s disease: mechanisms and models. Neuron. 2003;39(6):889-909. DOI 10.1016/S0896-6273(03)00568-3.

10. D’Amelio M., Sheng M., Cecconi F. Caspase-3 in the central nervous system: beyond apoptosis. Trends Neurosci. 2012;35(11):700-709. DOI 10.1016/j.tins.2012.06.004.

11. Demenkov P.S., Ivanisenko T.V., Kolchanov N.A., Ivanisenko V.A. ANDVisio: a new tool for graphic visualization and analysis of literature mined associative gene networks in the ANDSystem. In Silico Biol. 2012;11(3-4):149-161. DOI 10.3233/ISB-2012-0449.

12. Elliott D.A., Kim W.S., Jans D.A., Garner B. Apoptosis induces neuronal apolipoprotein-E synthesis and localization in apoptotic bodies. Neurosci. Lett. 2007;416(2):206-210. DOI 10.1016/j.neulet.2007.02.014.

13. Franklin J.L. Redox regulation of the intrinsic pathway in neuronal apoptosis. Antioxid. Redox Signal. 2011;14(8):1437-1448. DOI 10.1089/ ars.2010.3596.

14. Glotov A.S., Tiys E.S., Vashukova E.S., Pakin V.S., Demenkov P.S., Saik O.V., Ivanisenko T.V., Arzhanova O.N., Mozgovaya E.V., Zainulina M.S., Kolchanov N.A., Baranov V.S., Ivanisenko V.A. Molecular association of pathogenetic contributors to pre-eclampsia (pre-eclampsia associome). BMC Syst. Biol. 2015;9(Suppl. 2):S4. DOI 10.1186/1752-0509-9-S2-S4.

15. Gong Y., Zhang Z. Alternative pathway approach for automating analysis and validation of cell perturbation networks and design of perturbation experiments. Ann. N. Y. Acad. Sci. 2007;1115(1):267-285.

16. Hagberg A., Swart P., Schult D. Exploring network structure, dynamics, and function using NetworkX. Los Alamos National Laboratory (LANL). 2008.

17. Halbritter F., Vaidya H.J., Tomlinson S.R. GeneProf: analysis of highthroughput sequencing experiments. Nat. Methods. 2012;9(1):7-8.

18. Huang da W., Sherman B.T., Lempicki R.A. Systematic and integrative analysis of large gene lists using DAVID bioinformatics resources. Nat. Protoc. 2009;4(1):44-57. DOI 10.1038/nprot.2008.211.

19. Ivanisenko V.A., Saik O.V., Ivanisenko N.V., Tiys E.S., Ivanisenko T.V.,Demenkov P.S., Kolchanov N.A. ANDSystem: An associative network discovery system for automated literature mining in the field of biology. BMC Syst. Biol. 2015;9(Suppl. 2):S2. DOI 10.1186/1752-0509-9-S2-S2.

20. Jha S.K., Jha N.K., Kar R., Ambasta R.K., Kumar P. p38 MAPK and PI3K/AKT signalling cascades in Parkinson’s disease. Int. J. Mol. Cell. Med. 2015;4(2):67-86.

21. Kountouras J., Zavos C., Polyzos S.A., Deretzi G., Vardaka E., GiartzaTaxidou E., Katsinelos P., Rapti E., Chatzopoulos D., Tzilves D., Stergiopoulos C., Christodoulou K. Helicobacter pylori infection and Parkinson’s disease: apoptosis as an underlying common contributor. Eur. J. Neurol. 2012;19(6):e56. DOI 10.1111/j.1468-1331.2012.03695.x.

22. Kristiansen M., Ham J. Programmed cell death during neuronal development: the sympathetic neuron model. Cell Death Differ. 2014; 21(7):1025-1035. DOI 10.1038/cdd.2014.47.

23. Larina I.M., Pastushkova L.Kh., Tiys E.S., Kireev K.S., Kononikhin A.S., Starodubtseva N.L., Popov I.A., Custaud M.A., Dobrokhotov I.V., Nikolaev E.N., Kolchanov N.A., Ivanisenko V.A. Permanent proteins in the urine of healthy humans during the Mars-500 experiment. J. Bioinform. Comp. Biol. 2015;13(1):1540001. DOI 10.1142/S0219720015400016.

24. Li L., Liu M.S., Li G.Q., Tang J., Liao Y., Zheng Y., Guo T.-L., Kang X., Yuan M.T. Relationship between Apolipoprotein Superfamily and Parkinson’s Disease. Chin. Med. J. 2017a;130(21):2616. DOI 10.4103/0366-6999.217092.

25. Li K., Zhang J., Ji C., Wang L. MiR-144-3p and its target gene β-amyloid precursor protein regulate 1-methyl-4-phenyl-1,2-3,6-tetrahydropyridine-induced mitochondrial dysfunction. Mol. Cells. 2016; 39(7):543-549. DOI 10.14348/molcells.2016.0050.

26. Li X., Zhang Y., Wang Y., Xu J., Xin P., Meng Y., Wang Q., Kuang H. The mechanisms of traditional Chinese medicine underlying the prevention and treatment of Parkinson’s disease. Front. Pharmacol. 2017b;8:634. DOI 10.3389/fphar.2017.00634.

27. Lu T., Kim P., Luo Y. Tp53 gene mediates distinct dopaminergic neuronal damage in different dopaminergic neurotoxicant models. Neural. Regen. Res. 2017;12(9):1413-1417. DOI 10.4103/1673-5374.215243.

28. Mochizuki H., Goto K., Mori H., Mizuno Y. Histochemical detection of apoptosis in Parkinson’s disease. J. Neurol. Sci. 1996;137(2): 120-123.

29. Momynaliev K.T., Kashin S.V., Chelysheva V.V., Selezneva O.V., Demina I.A., Serebryakova M.V., Alexeev D., Ivanisenko V.A., Aman E., Govorun V.M. Functional divergence of Helicobacter pylori related to early gastric cancer. J. Proteome Res. 2010;9(1):254-267. DOI 10.1021/pr900586w.

30. Nagai J., Yamamoto A., Katagiri Y., Yumoto R., Takano M. Fatty acidbearing albumin but not fatty acid-depleted albumin induces HIF-1 activation in human renal proximal tubular epithelial cell line HK-2. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2014;18;450(1):476-481. DOI 10.1016/j.bbrc.2014.05.146.

31. Nixon R.A., Yang D.S. Autophagy and neuronal cell death in neurological disorders. Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2012;4(10). pii:a008839. DOI 10.1101/cshperspect.a008839.

32. Oh Y., Jeong K., Kim K., Lee Y.S., Jeong S., Kim S.S., Yoon K.S., Ha J., Kang I., Choe W. Cyclophilin B protects SH-SY5Y human neuroblastoma cells against MPP(+)-induced neurotoxicity via JNK pathway. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2016;478(3):1396-1402. DOI 10.1016/j.bbrc.2016.08.135.

33. Pal R., Tiwari P.C., Nath R., Pant K.K. Role of neuroinflammation and latent transcription factors in pathogenesis of Parkinson’s disease. Neurol. Res. 2016;38(12):1111-1122.

34. Pastushkova L.Kh., Kononikhin A.S., Tiys E.S., Nosovsky A.M., Dobrokhotov I.V., Ivanisenko V.A., Nikolaev E.N., Novoselova N.M., Custaud M.A., Larina I.M. Shifts in urine protein profile during dry immersion. Aviakosm. Ekolog. Med. 2015;49(4):15-19.

35. Pera M., Alcolea D., Sánchez-Valle R., Guardia-Laguarta C., ColomCadena M., Badiola N., Suárez-Calvet M., Lladó A., Barrera-Ocampo A.A., Sepulveda-Falla D., Blesa R., Molinuevo J.L., Clarimón J., Ferrer I., Gelpi E., Lleó A. Distinct patterns of APP processing in the CNS in autosomal-dominant and sporadic Alzheimer disease. Acta Neuropathol. 2013;125(2):201-213. DOI 10.1007/s00401-012-1062-9.

36. Petrovskiy E.D., Saik O.V., Tiys E.S., Lavrik I.N., Kolchanov N.A., Ivanisenko V.A. Prediction of tissue-specific effects of gene knockout on apoptosis in different anatomical structures of human brain. BMC Genomics. 2015;16(Suppl. 13):S3. DOI 10.1186/1471-2164-16-S13-S3.

37. Popik O.V., Petrovskiy E.D., Mishchenko E.L., Lavrik I.N., Ivanisenko V.A. Mosaic gene network modelling identified new regulatory mechanisms in HCV infection. Virus Res. 2016;218:71-78. DOI 10.1016/j.virusres.2015.10.004.

38. Razdorskaya V.V., Voskresenskaya O.N., Yudina G.K. Parkinson’s disease in Russia: prevalence and incidence (review). Saratovskiy nauchno-meditsinskiy zhurnal = Saratov Journal of Medical Scientific Research. 2016;12(3):379-384. (in Russian)

39. Reichmann H., Brandt M.D., Klingelhoefer L. The nonmotor features of Parkinson’s disease: pathophysiology and management advances. Curr. Opin Neurol. 2016;29(4):467-473. DOI 10.1097/WCO.0000000000000348.

40. Rekha K.R., Selvakumar G.P. Gene expression regulation of Bcl2, Bax and cytochrome-C by geraniol on chronic MPTP/probenecid induced C57BL/6 mice model of Parkinson’s disease. Chem. Biol. Interact. 2014;217:57-66. DOI 10.1016/j.cbi.2014.04.010.

41. Saik O.V., Konovalova N.A., Demenkov P.S., Ivanisenko N.V., Ivanisenko T.V., Ivanoshchuk D.E., Konovalova O.S., Podkolodnaya O.A., Lavrik I.N., Kolchanov N.A., Ivanisenko V.A. Molecular mechanisms of the interaction between the processes of the cell response to mechanical stress and neuronal apoptosis in primary openangle glaucoma. Russ. J. Genet.: Appl. Res. 2017;7(5):558-564. DOI 10.1134/S2079059717050173.

42. Schapira A.H., Jenner P. Etiology and pathogenesis of Parkinson’s disease. Mov. Disord. 2011;26(6):1049-1055. DOI 10.1002/mds.23732.

43. Staudt M.D., Di Sebastiano A.R., Xu H., Jog M., Schmid S., Foster P., Hebb M.O. Advances in neurotrophic factor and cell-based therapies for Parkinson’s disease: A mini-review. Gerontology. 2016;62(3): 371-380. DOI 10.1159/000438701.

44. Steinkamp M., Schulte N., Spaniol U., Pflüger C., Hartmann C., Kirsch J., von Boyen G.B. Brain derived neurotrophic factor inhibits apoptosis in enteric glia during gut inflammation. Med. Sci. Monit. 201;18(4):BR117-BR122.

45. Sutherland G.T., Matigian N.A., Chalk A.M., Anderson M.J., Silburn P.A., Mackay-Sim A., Wells C.A., Mellick G.D. A cross-study transcriptional analysis of Parkinson’s disease. PLoS ONE. 2009; 4(3):e4955. DOI 10.1371/journal.pone.0004955.

46. Tranchevent L.C., Barriot R., Yu S., Van Vooren S., Van Loo P., Coessens B., De Moor B., Aerts S., Moreau Y. ENDEAVOUR update: a web resource for gene prioritization in multiple species. Nucleic Acids Res. 2008;36:W377-W384. DOI 10.1093/nar/gkn325.

47. Yalçınkaya N., Haytural H., Bilgiç B., Özdemir Ö., Hanağası H., Küçükali C.İ., Özbek Z., Akcan U., İdrisoğlu H.A., Gürvit H., Tüzün E. Expression changes of genes associated with apoptosis and survival processes in Parkinson’s disease. Neurosci. Lett. 2016; 615:72-77. DOI 10.1016/j.neulet.2016.01.029.


Дополнительные файлы

Просмотров: 203

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2500-0462 (Print)
ISSN 2500-3259 (Online)